感应电机相关介绍

F1=Fm+（-F2 ）
考虑到：
F1 0 . 9
F2 0 . 9
Fm 0 . 9
m1 N 1 k w1 2
2
p
p
I1
I2
Im
m2 N 2kw2
m1 N 1 k w1 2 p
代入 F1 F 2 F m
得： 0 .9
m1 N 1 k w1 2 p
I 1 0 . 9
m2 N 2kw2 2 p
E2s＝sE2
I 2s
E2 s R2 jX 2s
X2s＝ sX2
I2
E2 R2 s jX 2
从以上推导可看出，与频率有关的转子参数都具有了 定子频率，但此时转子电阻由R2变为R2/s。
可看出：只要用R2/s去代替R2，就可认为转子电路具
有了定子电路的频率，且转子电流没有变化，从而保证了
定转子磁动势之间的速度关系
即无论转子的实际转速为多少，转子磁势F2和定子磁 势F1在空间的转速总是等于ns，它们之间没有相对运动。 由于F1与F2相对静止，就可以把F1和F2合成起来， 所以感应机负载时在气隙内产生的旋转磁场是定、转子合 成磁势即：
F1 F 2 F m
转子反应： 负载时感应电动机的转子磁势对气隙磁场的影响称为 转子反应。 其作用： 1）使气隙磁场的大小和空间相位发生变化。 2）转子磁势与主磁场相互作应，产生所需电磁转距。 由 F1 F m F 2 ，可知定子磁势F1包含两个分量，一 个是产生主磁通的激磁磁动势Fm，Fra Baidu bibliotek一个是抵消转子磁 动势的F1L。 F1 L F2
2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组 成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线 分别接到三个集电环（滑环）上，用一套电刷装置引出来， 如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去， 以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相比， 绕线型转子的结构较复 杂，价格稍贵，可靠性 也教低，因此只在要求 起动电流小，起动转矩 大，或需平滑调速的场 合使用。
归算前后转子电路的电磁关系和电磁性能不变。
为顺时针，产生的磁动势F2即为顺时针旋转， 即F2与F1 转向相同。如定子旋转磁场的转速为ns，转子转速为n， 此时定子旋转磁场以ns-n的速度切割转子，所以在转子中 感应电动势的频率：
f2 pn 60 pn s n s n 60 ns sf 1
转子磁动势相对转子的转速：
转子磁动势相对定子的转速： △n +n=ns+(1-s)ns=ns 转子磁动势相对定子磁动势的转速：0
Fm
B
Bm
Z
n sX
α Fe
A
n
C
Y
定、转子磁动势的空间矢量图
当气隙中主磁场以同步转速旋转时，Φm将在定子绕 组中感应电势E1， 因在相位上E1滞后Φm 900电角度，所 以用向量表示有：
E 1 j 4 . 44 f 1 N 1 k w1 Φ m

与变压器分析一样，我们引入Zm，把E1作为电压降 来处理。
5.1 感应电机的结构和运行状态
1、感应电机的结构
感应电机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。
1、定子： 定子由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。 ⑴定子铁心： 电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁 心损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在 硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。下图为定子槽,其中(a)是 开口槽，用于大中型容量的高压感应电动机；(b)是半开 口槽，用于中型500V以下的感应电动机；(c)是半闭口槽， 用于低压小型感应电动机中，另外还有闭口槽。
（5）额定转速nN ：指电动机施加额定频率的额定电压， 且轴端输出额定功率时的电动机转速，单位为r/min 。
（6）额定功率因数 cos N ：指电动机施加额定电压，输出 额定功率时，定子边的功率因数。
另外，铭牌上还标注有产品型号、相数、接法、绝 缘等级以及允许温升。 例如：Y 112S-6
极数6极 短机座（分为L、M、S） 规格代号：中心高112mm 产品代号：感应电动机





转子电压方程：
定子I
1
1
E1σ ( E1σ j I 1 X 1σ )
m
E1
E1s
F1
定子绕 组内
Fm
F2
转子 I
2s
2σ
E 2σs ( E 2σs j I 2s X 2σs )
转子绕 组内
定、转子中的感应电动势
2、等效电路
E 1 I m Z m I m ( R m jX m )

Zm激磁阻抗，它是表征铁心磁化特性和铁耗的一个综 合参数。 Xm激磁电抗，表征气隙主磁通的电抗。 Rm激磁电阻，表征铁耗的一个等效电阻。
定子漏磁通和定子漏电抗：
除产生Φ m外，定子电流还产生仅与定子绕组交联的漏 磁通Φ 1σ，漏磁通将在定子绕组中感应漏电动势E1σ。
第5章
感应电机
感应电动机的主要用途：
感应电机主要用作电动机使用，特殊场合也可作为发 电机使用。 感应电动机的优点: 结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐 用、环境适应性强。 感应电动机的缺点: 功率因数较差。感应电动机运行时，必须从电网里吸 收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１。
感应电动机的分类方法： （1）按定子相数分有①单相；②三相；多相。 （2）按转子结构分有① 绕线式；② 鼠笼式。后者又包 括单鼠笼感应电动机、双鼠笼感应电动机和深槽式感应电 动机。 （3）按机壳的不同防护方式分：开启式、防漏式、封闭 式，防暴式。 （4）按电机的容量分：微电机；小型（0.6-100千瓦）； 中型（100-1000千瓦）；大型（1000千瓦以上）。 此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高 压和低压感应电动机之分。从其它角度看，还有高起动转 矩感应电机、高转差率感应电机、高转速感应电机等等。
⑵定子绕组： 定子绕组用绝缘的铜或铝导线（电磁线）绕成，嵌在 定子槽内。高压大、中型容量的感应电动机定子绕组常采 用Y接，只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量 低压感应电动机，通常 把定子三相绕组的六根 出线头都引出来，根据 需要可接成Y形或△形， 如图(b)所示。 ⑶机座： 主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑 电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。 对中、小型感应电动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型 电机，一般采用钢板焊接的机座。
2、感应电机的运行状态 转差率： 转差率是指同步转速与实际转速的转差与同步转速的 比值，通常用百分数表示。
s
ns n ns
通常 s0≤0.5﹪；sN≤5﹪。 转差率是感应电机的一个基本物理量，它反映电机 的各种运行情况。
n (1 s ) n s
感应电机的三种运行状态:
3、额定值
工作原理： 定子对称的三相绕组通入三相电流后，合成旋转场， 该磁场沿定子内圆周方向（气隙）旋转。转子绕组切割旋 转磁场，产生感应电动势，继而产生感应电流。转子电流 在磁场下受力，从而产生电磁转矩，使电动机旋转。 由工作原理可知：转子的转速n（电动机的转速）恒 比旋转磁场的旋转速度n0（同步速度）要小。因为如果两 种速度相等时，转子和旋转磁场没有相对运动，转子导体 不切割磁力线，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继 续旋转。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子 转速的主要因素，也是感应电动机的由来。
5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场
1、空载运行时的磁动势和磁场 u1→i10→F1→Fm→Φm→E1 Φ1σ→E1σ 当定子接入对称三相电压u1后，定子中便流过对称 三相电流I10(空载电流)产生一基波合成旋转磁场F1。 因空载运行时，n≈ns，所以E2=0，I2=0，所以空载运 行时定子磁动势F1基本上为产生气隙主磁场的激磁磁动势 Fm，空载时电流就近似等于激磁电流Im，考虑铁心损耗 时，Bm滞后Fm铁心损耗角α Fe。
E 1 j I 1 X 1
I1：定子电流 X1σ ：定子漏电抗 漏磁通主要是通过空气而闭和，受磁路饱和的影响较 小，在电机分析时把两种磁通分开处理。
，


2、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
转子磁动势：
当负载运行时n≤ns， E2 →I2→F2 , F2也为旋转磁势
。若定子旋转磁场顺时针旋转，则转子感应电流的相序也
3、气隙： 感应电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得 多，在中、小型感应电动机中，气隙δ一般为0.2~2.0mm左 右。
三相感应电动机的工作原理：
三相感应电动机定子绕组接三相电源后，电机气隙 内便形成旋转磁场，设旋转磁场的方向为逆时针转动，如 图所示。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁场有相对运 动，导条中有感应电动势e2， 其方向由右手定则确定。由于 转子导条彼此在端部短路，于 是导条中有电流 i2，不考虑电 动势与电流的相位差时，电流 方向同电动势方向。这样，导 条就在磁场中受力 f，用左手 定则确定受力方向，如图所示。
I 2 0 .9
m1 N 1 k w 1 2 p
Im
现在我们将I2前面的系数加以变换(用定子绕组参数
取代转子绕组参数），使其与I1、Im前面的系数一样，并
令I2′=I2/ki,则磁动势的矢量关系就可变成对应电流的相量 关系。
I1 I 2 I m m 2 N 2 k w 2 I 1 I I2 2 2 m1 N 1 k w1 ki ki m1 N 1 k w1 m2 N 2kw2
感应电动机的额定值包含下列内容：
（1）额定功率PN ：指电动机在额定运行时轴输出的机 械功率，单位是kW。 （2）额定电压UN ：指额定运行状态下加在定子绕组上的 线电压，单位为V。
（3）额定电流IN ：指电动机在定子绕组上加额定电压、 轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。
（4）额定频率fN ：指我国规定工业用电的频率是50Hz。
定子铁心
散嵌线圈
三相对称交流绕组模型
2、转子： 转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。 ⑴转子铁心： 磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，固 定在转轴上，整个转子的外表呈圆柱形。 ⑵转子绕组： 分为笼型和绕线型两类。 1）笼型转子：在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心 的两端用端环连接起来，形成一个闭合的绕组。如果把 转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠 笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。
R1
U1
X1
I1
X 2 s R2
n
sE 2
I 2s
f 1 , m1 , N 1 k w 1
f 2 , m2 N 2k w2
感应电动机定、转子耦合电路图
由上图可见，两个电路只有磁的耦合，没有电的联系 ，且定、转子的相数、匝数、绕组系数不同，两电路频率 不同，因此需要归算，把一个电路归算到另一个电路中去， 得出所谓的等效电路。
频率归算：
频率归算是指在保持整个电磁系统的电磁性能不变的
前提下，用一个具有定子电路频率的等效转子电路去取代 实际的转子电路。 频率归算的原则：(1)归算前后的电磁效应不变。 (2)归算前后的电磁性能不变。
频率归算的依据：(1) f2 =s f1
(2)F1与F2相对静止。
频率归算的方法： 转子静止时，转子电路具有定子电路的频率，所以我 们用一个静止的转子电路去取代实际的转子电路。
——电流比
F1
Bm ( m )
ns
F2
X
ns
B Fm I1
a
Z
' I2
Im
90 2
n
x
A
' I2
Y
F2
C
定、转子磁动势的空间矢量图和定、转子电流相量图
5.3 三相感应电动机的电压方程和等效电路
1、电压方程 定子电压方程： 取其中一相进行分析。
U 1 ( E 1 ) ( E 1 ) I 1 R1 I 1 ( R1 jX 1 ) E 1
F1 Fm F2 Fm F1 L 因Fm基本不变，当F2增加时，F1也相应的增加以补偿 F2，对应的电流： I 1 I m I 1L
, .
x2σ=0时 转子磁势与气 隙磁场在空间 的相对位置
x2σ≠0时 转子磁势与气 隙磁场在空间 的相对位置
负载时的磁势方程式：